【《110kV智能变电站的自动化系统的通信网络设计分析案例》11000字】

1.1莲花站基于分层体系的分布式系统结构1.2莲花站自动化系统网络结构1.3莲花站三层两网方案优化1.4存在的问题思考随着计算机与网络技术的发展，这十多年来变电站自动化技术也已达到相当的水平，当前各个新建设的变电站基本都形成了变电站综合自动化系统，核心在于采用计算机监控系统、微机型继电保护、安全自动装置，并且在装置和系统间信息通过串口或网口进行交。传统变电站综合系统的逻辑结构一般是“两层一网”，即站控层和间隔层，以及站控层网络。它能够实现数字化信号处理，特别是间隔层与站控层间的数字化信息传送，但它的一次设备仍然为传统未数字化智能化的设备，因为间隔层到一次设备间仍然通过电缆进行连接从而使用其电气回路，接线非常复杂，电缆用量很大。而数字化变电站主要由网络化二次设备和智能化一次设备构成，建立在全球IEC61850开放式变电站系统通信平台之上，能够实现各种智能电气设备之间信息传递。新一代数字化变电站建设的最终理想目标是构建一个全球统一的标准，系统中所有智能设备都采用热插拔方式应用。新一代数字化变电站自动化系统逻辑结构为“三层两网”[17]，即站控层、间隔层和过程层；以及站控层和过程层两个网络。数字化变电站与常规综自站相比:①增加过程层，作为数字化变电站最大的特征，变电站系统纳入一次设备进入其通信网络之中，这是变电站自动化发展的重大革命。②网络化间隔层各种设备，将这些设备直接连接到变电站站控层交换机上，取消传统串口转以太网的装置，极大地提高了数据交换效率。故本方案采用数字化变电站的有关技术来实现。1.1莲花站基于分层体系的分布式系统结构本方案采用分层分布式结构，结构框图如下：图1.1分层分布式系统结构示意图Fig1.1hierarchicaldistributedsystemstructurediagram在IEC61850规约下，智能化变电站系统被划分为站控层、间隔层和过程层的三层体系结构。各层数据交互通过清晰的接口来定义。变电站站控层通过设计的数据接口与控制中心以及间隔层做数据通信，而在间隔层内各设备间也可通过接口进行数据交互。划分间隔层和站控层的原则包括：如果间隔层可以执行，其逻辑功能就应留在间隔层，而不通过站控层；只要过程层能执行，其功能就应留在过程层，而不由间隔层处理。站控层、过程层及间隔层各自既在功能上互相独立又通过数据接口互相联系。站控层功能实现需要以过程层和间隔层功能设计与实现为基础；在实现间隔层功能，尤其实现继电保护及其安全装置功能时，不能信赖于过程层和站控层的功能实现。站控层主要由后台监控主机、远动主站组成。(1)后台监控主机。后台监控主机由一台或多台高档PC机和后台监控软件组成，这个监控主机不仅可以监视、测量、控制和记录站内各种一次设备，还能够通过连接其它保护设备或者智能设备，从而实现变电站管理与运营的自动化。其核心功能主要包括：采集与处理变电站运行数据；计算并统计各种运行数据；变电站实时画面呈现；记录运行数据；问题报警与处理；管理和控制。为了确保整个自动化系统可靠且开放，平台搭建采用了市场领先并且使用广泛成熟的SCADA软件，它可支持运行于LINUX和WINDOWS两种体系之上，并可通过以太网与间隔层各种设备进行数据交换。(2)远动主站。站控层远动主站使用高性能工控计算机系统，主站建设主要是把工控计算机连接到标准以太网上，并直接与间隔层各种测量和保护设备进行数据通信。持续收集整个变电站各种测控设备和保护装置实时产生的数据，经过定义好的规约转换后，发送到调度中心，同时也接收并处理来自调度中心的遥控和遥调命令，分发至变电站。采用模块化体系结构，分别完成逻辑上独立的各功能模块，依据开放平台的要求，设计并实现高级用户接口，实现整个系统的定制和扩展。远动主站与其它系统独立运行，即使与同为站控层后台监控系统的运行也互不干扰。变电站站控层核心任务包括了以下几部分：(1)两级网络架构和高速网络可实时汇总变电站各种数据，并及时发送调控中心；(2)将来自控制中心的命令处理后，分发至间隔层与过程层，进行实时执行；(3)整个变电站操作的闭锁控制，并实现其功能的在线可编程控制；(4)完成各种数据与信息的多媒体处理过程；(5)在线维护间隔层和过程层的各种设备，以及在线修改设备参数；(6)自助式分析变电站故障和通过知识库自助解决简单问题，完善的培训操作。间隔层的组成主要包括保护和测控两种装置以及其它各种智能设备。平台设计上采用主流的面向对象方法，根据间隔单元不同分别实现测量、记录、监视和控制等功能的微机保护及其测控追踪。间隔层主要功能是：⑥数据通信上承下接。可同时通过高速网络实现与过程层以用变电站站控层的网络数据通信。必要时还可开启网络接口的双口和全双工模式以从根本上提高传输通路的冗余性，确保网络数据通信能够可靠。构成过程层的设备主要包括电子式互感器、合并单元以及智能终端等，它结合了一次设备与二次设备，或者另有一说即过程层智能设备即是传统电气设备智能化以后的智能化设备部分．通过过程层，将一次设备的信号和状态传递到间隔层，并且同时接受控制中心的控制命令直接传递到一次设备进行自动化操作。为从根本上提高整个系统平台的可靠性，建议采取安装部署互为备用的容错冗余模式，两套相互独立的系统通过切换设置与部件协调并运行。在系统平台正常运行时，如果其中一套系统出现非正常状况，通过控制回路可以立即启动另外一套系统，确保上层大系统的可靠运行。当前市场研究系统平台的主要方向集中于过程层，比如研发有关智能化开关、光电互感器、状态检测等技术与设。1.2莲花站自动化系统网络结构根据工程应用经验，智能站通信网络结构及交换机的配置是智能站建设中的重中之重。因此本章将重点介绍。智能变电站自动化系统网络的构建以报文的实时性、可靠性为目标，智能变电站的相关规范提出了分离站控层和过程层两个网络，分别独立进行过程层GOOSE和SV的组网，以及保护直采直跳的模式。网络相互分离的方案导致了网络利用率低下，设备投资较高的缺陷，如何提高信息在网络上实时、可靠、高速、双向的流动，是本章研究的重点。莲花智能变电站包括单独的智能终端和合并单元，优化配置了智能变电站的各种功能。本站采用智能终端、合并单元单独配置的方案，本章主要研究的内容为：(1)自动化系统网络结构(2)保护“直采直跳”方案的优化(3)网络设备的配置本课题所设计的智能变电站自动化系统构架构主要采用了三层结构两种网络。站控层的用户层面，其功能是让间隔层的保护装置，与站控层控制中心的计算机等设备进行数据交互，同时也包含间隔层内设备间的非实时信息传递。另一种过程层网络，处理其设备与间隔层装置间的数据通信，传输的核心数据是SV和GOOSE报文。从实时性上考察，站控层是非实时网络，而过程层则为实时网络，各级网络中的报文的实时性要求如下表5.1。(1)智能变电站相关功能报文与协议集的对应关系如图1.2所示。图1.2显示站控层MMS报文基于TCP/IP协议，报文基于IP地址寻址，而且具备基于TCP协议的出错重传机制，表1.1显示系统对MMS报文的实时性要求为500ms以内，而智能变电站的交换机性能具有固有延时不超过10us，在突发大流量报文时不丢包等。因此，站控层交换机仅传输MMS并未发挥其固有延时短、苛刻条件下不丢包的技术优势。表1.1报文实时性要求表Table1.1Messagereal-timerequirementstable报文类型实时性要求SV报文<3ms保护相关GOOSE报文<3ms自动化功能相关GOOSE报文<500msMMS报文<500ms图1.2IEC61588功能与协议集Figure1.2IEC61588functionandagreementset(2)GOOSE和SV报文是基于IEEE802.1Q协议的数据链路层报文，在传输过程中封装成以太网帧，通过MAC地址进行寻址，没有出错重传机制，但GOOSE报文有一种特殊的重传机制，保证报文的可靠性。GOOSE网的报文流量非常小，即使在事故状态下，110kV站全网的流量也不过10~20Mbits/S，除中心交换机外，其他交换机内的流量都远小于10Mbits/S的流量，因此，百兆交换机并未被充分利用。图1.3GOOSE报文重传机制Figure.3GOOSEpacketretransmissionmechanism(3)SV、GOOSE分别组网的情况下，SV网的报文均为上行报文，交换机仅作为合并单元的一个端口扩展器在使用，其网络交换功能未能被充分使用。基于上述分析可以看出，分别组网的自动化系统网络存在着严重的资源浪费。因此，本章下面内容将分析分别组网和合并组网的技术特征，论证合并组网的可行性，并选取合适的网络配置方案。1.3莲花站三层两网方案优化(1)分析站控层流量：站控层网络主要传输MMS报文，也可以同时传输GOOSE和SNTP类型报文。其中前者MMS报文的核心服务类别有：①突然出现数据上传；②周期性数据上传；③根据要求和召唤上传数据。传输数据多少与整个系统所配置的数据块大小直接相关，据曾经通过抓包获取的站控层MMS报文数据分析，其长度通常小于500字节，下图为某站截取的MMS报文，长度为180字节。图1.4MMS报文工程实例Figure1.4MMSmessageengineeringinstance下图为某站一IED装置的MMS报文截取，由此可见MMS报文的最小发送间隔约为100ms。图1.5MMS报文发送间隔实例Figure1.5MMSmessagesendinginterValinstance在此做个假设计算，如果按照报文长度为1518字节（标准以太网最大报文长度）来计算，间隔层设备端口的速率仅有1518×8×10≈0.12Mbits/S，可见它的数据流量是很小的。另外在极端状况下，全部设备都突发上传数据，各设备分别包括一帧遥测MMS报文和一帧遥信MMS报文，而全部保护测控数据都通过周期性数据传输，单网最大的数据流量约为15Mbits/S(按全站120个IED考虑)。站控层流量分析的结论为：按照IEC61588规范第五部分指出，站控层报文传输主要属于中低速类型，针对MMS报文的时延要求也比较宽泛，通常在500ms以内皆可，因此可采用百兆端口与全部站控层、间隔层设备进行通信。(2)交换机配置:①配置1台站控层I区中心交换机，I区中心交换机主要承载主机间的通信和级联间隔级交换机的功能；设置1台II区中心交换机，用于连接横向防火墙和状态监测交换机、辅助系统交换机等设备。状态监测交换机、辅助系统交换机均由各系统自带并完成组网。按终期规模自动化系统应配置2台站控层网络交换机。②二次设备间按终期规模就地配置1台间隔级交换机，接入线路、母联、母设间隔的保护测控装置。③10kV/35kV按本期规模就地配置2台间隔级交换机，接入35kV及10kV保护设备。(1)装置过程层端口流量分析：①分析SV流量。IEC61850-9-2规范指明采样值报文帧具有不确定长度，决定报文帧长度的是配置和编码，TLV即是使用ASN1编码规范表示长度L，其编码长度仍可能不一样，前述可知以太网的帧最长为1522字节，所以长度L必然是1到3字节之间；另外SVID长度也无法确定，通常在2到39字节不等；在整个帧数据中每帧包括4个字节数据值和4个字节数据品质。综合上述分析可知，依据IEC60044-7/8的标准数据集说明，假定采样值报文帧包含n个ASDU(即单帧报文有n个数据采样点)，其单帧数据长度即为(48+n×(25+8×t))～(54+n×(76+8×t))字节(t为一个ASDU中包含的通道数)。ASDU的个数n可以根据工程实际进行配置，n越大，网络数据流量相对消耗越少，但是随着报文长度的增加，传输的时延就越大，在合并组网的情况下会影响GOOSE报文的实时性。即使GOOSE报文的优先级高于SV报文，在一帧SV未传送完成的情况下，GOOSE报文也需等待SV报文传送的完成。考虑到GOOSE报文的实时性，本文建议本次工程中一帧SV只传送一个采样点。以每帧1个ASDU计算，110kV每个合并单元包含6个电流、6个电压通道(双A/D)的SV帧长度为226字节。合并单元端口的数据流量为：6.9Mbits/s。110kV等级采样值终期的数据总流量为6.9Mbits/S×13≈89.7Mbits/S。每台主变的采样值流量为6.9Mbits/s×3≈41.4Mbits/S。全网SV数据总量约为213.9Mbits/S。分析SV网络的结论为：采用百兆端口进行网络通信，原因是独立设备端口仅有小于100Mbit/S的流量。按照交换机的端口流量不超过40%考虑，网络分析及故障录波等涉及所有间隔装置数据流量，采用5个端口接入网络。②GOOSE流量分析。GOOSE报文配置灵活，可传递跳闸数据，也可传递开关数据，还可传递相关模拟数据，因此长度不固定，但是在工程应用中，一般传输跳闸或开关量的报文在200~300字节左右，传送模拟量(温度)的报文一般不超过600字节。GOOSE报文与其他报文不同，它由事件触发引起。通常来说，网络负载过重常常会造成报文的丢失，为了防止这种现象的发生，同一GOOSE报文不会只发送一次，但发送的时间间隔会不断延长直至达到最大。这个报文在新事件产生前将被GOOSE报文以最大间隔反复发送。通常状态下，GOOSE报文的流量为250byte×8bits/byte×(1/5)帧=0.0004Mbit/S。因此正常状况下GOOSE报文的流量可以忽略不计，可以仅考察在事故状态下装置的最大流量，考虑所有保护动作同时传输的突发流量，报文发送间隔按T1=2ms计算。110kV网络上报文记录仪端口某一时刻单向最大GOOSE报文总流量约为250×8×1000bit/S×13(4线路保护+1母联保护+2个母线PT合并单元+6主变合并单元)≈89.7Mbit/S。GOOSE流量分析结论：GOOSE流量即使在事故状态下的流量也不大，所有装置可直接通过百兆端口接入网络。③端口流量分析结论：除网络记录仪、故障录波装置需采用多端口或千兆端口接入过程层网络外，其他装置均可采用百兆端口接入过程层网络。(2)过程层交换机选择：标准《智能变电站一体化监控系统建设技术规范》要求整个变电站网络通过高速以太网构建，依据DL/T860通信规约，传输速率不低于100Mbps。经过调研可知，当前市场上主流交换机均可支持100Mbps，甚至1000Mbps的数据传输速率，由于变电站的实时性要求，以及以太网自身的特点，数据传输速率越快，所获得的数据同步性和实时性就越好(如果采用千兆交换机，250字节延时仅2us)。但千兆高速以太网平均成本价格是百兆以太网的1.5倍(千兆铜线网)～3倍(千兆光纤网)。根据上述对站控层、过程层报文的分析可以看出，全站设备/装置绝大多数采用百兆端口即可，因此在经济实用的前期下，本文建议工程的交换机定位于百兆交换机，对于个别数据流量大的装置，可采用千兆端口接入或多端口接入的方法。(1)选择SV传输通道。在技术标准《智能变电站继电保护技术规范》第四章第六节指出在实现保护装置的保护功能时，不应依赖于外部对时系统。若采用网络采样方式，报文传输延时不固定，势必需要报文在经过任何一个设备时经打上精确的时间戳来实现同步。在智能变电站建设的初期，曾有工程采用网络采样方式，在外部时钟丢失后，造成保护误动作的情况，而且保护装置在连续丢失两个采样点时就会闭锁保护。而点对点采样方式下通道延时固定，只需在报文中包含固定通道延时信息即可实现无需外部时钟的同步，可靠性高。因此，本文推荐该变电站采用未下放布置的保护直接采样。(2)选择GOOSE跳闸通道。标准《智能变电站继电保护技术规范》第四章第七节指出，变压器保护可直接采样，并通过跳闸实现单间隔保护。但对多间隔保护，如必须采用其他跳闸方法，各种设备保护应满足可靠性和实时性的要求。对于多间隔间、跨间隔保护的跳闸方法，在深入分析基础上再行选择。(3)分析直跳和网跳两种方案技术：A.直跳保护的优点非常明显，即进行无需依赖于网络环境的点对点数据传输。网络故障不会对数据传输产生影响。具体如下：1)避免因交换机延时而造成保护误动；2)在交换机被电磁干扰的情况下，防止采样值丢包；3)规避网络风暴的产生。B.直跳保护的缺点也很多，比如：1)要求更高硬件配置的装置。前述点对点数据传输功能回避了传输数据过程时的潜在问题，由于各个端口进行数据交换（发送或接受）的数据集都有可能不同，装置CPU则需同时处理来自所有端口的数据，压力将非常大，同时因为端口数量的急剧增加，选用超高性能CPU硬件并持续扩大容量必不可少。2)增大了硬件方面的成本。因为点对点的传输模式，相比网络传输，接线光缆及其熔接点急剧增加，且光缆的拉线连线极其复杂，施工与运维工作量急剧增加。3)装置故障的概率增加了。随着增加装置端口数量，装置整体发热量也得到极大的增加，环境温度升高增加了各种装置的故障率。4)故障分析较困难。英文过程层设备直接和间隔层设备点对点连接，设备之间数据报文交互过程不能被监视，后期分析事故较困难。C.网络跳闸方案优点：1)符合电网发展趋势。根据智能站技术导则，作为智能站的网络通信应符合信息化、网络化及标准化的共享要求，网络化更符合变电站发展趋势。2)光纤敷设较少。由于是网络传输模式，不用进行点对点交互，变电站网络铺设的结构就较为简单，光纤使用较少；通过标准化网络建设，大大降低了各种网络设备间联调联试的工作量，缩短了工程项目周期。3)方便了故障分析。过程网的全部数据均在网络上传输，各种网络报文便于记录，所有设备之间的信息传输过程也得到实时监控。过程层数据全部传输于网络上，可以非常方便的记录各种网络报文，全面并实时监视所有设备之间的信息传输过程，从而可以及时找出故障并解决。D.网络跳闸方案缺点：1)交换机的可靠性低。经研究分析，网络化数据传输的真正瓶颈是交换机性能及其可靠性，在交换机上存储转发报文数据通常都会有一定的时间延迟。2)各种延时问题。跳闸信息通过交换机传输，报文的延时与交换机的设置、报文优先级的设置以及是否共网传输均有关，网络规划不合理将带来很大的延时问题，无法满足保护实时性的需求。(4)网跳的可靠性及速动性分析：E.可靠性分析：对于GOOSE网来说，信息流量比较少，及时有严重的故障发生，每个间隔流量一般不超过2Mbps，而且GOOSE跳闸信号属于下行信息，即使在与SV共同组网时，也不会导致拥塞GOOSE报文，因此网络跳闸的可靠性可以得到保障。F.实时性分析：网络延时主要是指一帧报文从信息发送者（即发送设备）到信息接收者（即接收设备）在通信网络传输过程中所用到的全部时间。有四种类别的网络延时：存储与转发；交换机制；线路传输；帧排队。1)存储和转发延时(Lsf)交换机将按帧转发数据，它首先会存储所接收到的数据一直等到整个一帧数据被完全接收，然后从对应端口转发整帧数据出去。这个类型的延时与传输的帧数据大小成正比，而与传输速度成反比，即:Lsf=FS/BR(1.1)上述公式中，Lsf是结果，即存储与转发延时；FS是帧数据大小，单位是位；BR即速率，单位是位/秒。因此对100Mbps的交换机有：以太网帧320字节的延时是：320×8/(100×106)=26μsGOOSE的以太网帧600字节延时是：600×8/(100×106)=48μsGOOSE的以太网帧250字节延时是：300×8/(100×106)=20μs以太网帧最大是1518字节，其延时：1518×8/(100×106)=121μs2)交换机制延时(Lsw)依据《智能变电站继电保护技术规范》，交换机固有延时需低于10us，即取Lsw=10μs。3)线路延时(Lwl)在光纤链路中数据位传输速率约是光速的三分之二。部署超长距离的以太网线路需关注传输延时。100m的链路延时计算为：Lwl(100m)=1×102/(0.67×3×108)≈0.5μs对于局域网中距离，延时影响可忽略。4)排队延时(Lq) 帧传输需遵循一定的原则：不同帧有相同优先级，其帧数据传输必须进行排队等候；如果一个低优先级帧正在传输或已经完全准备好进行数据传输，那么这帧数据需要被即时完成，才能转向传输优先级更高的其它帧。目前应用于智能化变电站的交换机均为存储转发模式的以太网交换机，因此帧排队的延时需根据实际应用考虑端口上的延时。综合以上四种因素，在以太网最坏情况下，计算出总的延时的公式是：Ltotal=Σ[Lsf+Lsw+Lwl+Lq](1.2)5)实时性计算以250字节长的GOOSE跳闸信息经过3个16口交换机、光缆总长1km、交换机采用百兆口级联计算，在不设置优先级、不隔离任何广播域、不划分任何VLAN的情况下，下行至智能组件的GOOSE报文最大延时为：Ltotal=Σ[Lsf+Lsw+Lwl+Lq]=3×(20us×15+10us)+5us+20us≈1msIEC61588标准规定的GOOSE报文的延时要求为3ms。经计算GOOSE跳闸信息通过网络传输满足实时性的要求。另一方面，还需考虑报文延时与报文的发送间隔之间的关系，如果报文延时大于报文的发送间隔，那么报文将在交换机的存储中滞留越来越多，当超过交换机的存储时，必然导致丢包。GOOSE报文与其他报文不同，它由事件触发所引起。通常来说，网络负载过重常常会造成报文的丢失，为了防止这种现象的发生，同一GOOSE报文不会只发送一次，但发送的时间间隔会不断延长直至达到最大。这个报文在新事件产生前将被GOOSE报文以最大间隔反复发送。GOOSE报文重发的间隔T1、T2、T3一般取2ms、4ms、8ms，均大于计算所得的延时总和1ms，因此不可能存在GOOSE报文丢帧的情况。(5)母差保护网跳的分析结论：当前技术条件下，普遍采用集中式母线保护装置，若使用直采直跳方案，则220kV母线保护需至少具备10对光口，110kV母线保护需要至少14对光口，大量的光口增加了装置的硬件成本、故障概率和光缆敷设成本。而经过计算，跨间隔的保护跳闸采用网跳方式，不仅不会使安全性降低、实现实时保护，更重要的是减少了相关的硬件成本、提高装置可靠性。由于本站集智能终端和合并单元分别独立配置，SV和开关量GOOSE至母差保护为上行信息，母差跳闸GOOSE为下行信息，在以太网全双工传输模式下已经避免了信息冲突，无需冲突检测。网络跳闸能满足实时性可靠性的要求，所以本站除母差仍采用点对点跳闸方式外，启动失灵、联跳三侧、主变跳母联分段则采用网络传输。(6)信息传输方式汇总方案1)线路保护信息传输方案本站合并单元、智能终端就地布置，保护采用直跳方式用光纤连接。点对点传输的信息包含：线路保护与母线保护之间的信息(母差保护跳闸、线路保护启动失灵、断路器刀闸位置、保护电流电压、测量电流电压)；网络传输信息：(保护动作、开关位置、保护电流电压等信息)。2)主变保护信息传输方案点对点传输的有：主变保护与各侧智能组件之间的信息(主变保护跳闸、保护电流电压)；智能组件与母线保护之间的信息(保护电流、母差跳闸、刀闸位置)。网络传输的有：主变保护与母差之间的信息(启动失灵、失灵联跳)；主变保护与母联、分段保护之间的信息(主变跳母联、分段)。(7)GOOSE、SV共端口点对点传输机制本站针对断路器配置了集断路器保护、智能终端设备、合并单元、测控一体化智能设备，智能设备可同时传输GOOSE信息和SV信息，GOOSE、SV报文可分端口传输，也可共端口传输。GOOSE、SV分端口传输能保证两种报文在上行过程中不会相互干扰，减小了报文传输时延。GOOSE、SV共端口不仅可以减少光纤接口和交换机的数量，还可以增加端口的利用率，但两种报文上行时有可能发生冲突。因此需要合理的规划两种报文的传输机制。由于SV报文是等间隔传输(4kHz下为250us)，而GOOSE报文大多为突发传输，无法预知GOOSE报文生成的时刻，另一方面保护不依赖于外部时钟进行同步也需要SV传输时延固定，因此，当GOOSE、SV共端口传输时，在点对点通道中，首先要使SV等间隔传输，先完成SV数据的传输，再进行GOOSE报文的发送。若GOOSE报文正在进行传输，则应立即中断其发送，在SV报文发送完之后，再对GOOSE报文进行重新发送，以确保SV报文发送的间隔离散值在10us内。有三个主要因素会影响到网络配置，即：①GOOSE和SV两个网络是独立组网还是合并组网；②在进行GOOSE和SV合并组网时，数据端口是分开还是共享传输；③报文的可靠性、传输延时是否满足要求。根据上述三种因素，可以构成三种网络方案。方案一：110kV过程层网络GOOSE和SV分别组网方案二：110kV过程层网络GOOSE与SV合并组网，GOOSE和SV分端口传输方案三：GOOSE和SV合并按电压等级组网，GOOSE和SV共端口传输下文将针对三种方案进行交换机的配置以及报文传输可靠性、实时性的校核，并最终通过技术、经济指标对比，选取适合本工程的网络配置方案。方案一：GOOSE和SV分别组网110kVGOOSE网：图1.6110kVGOOSE单网连接示意图Fig1.6110kVchicago-brewedGOOSEsinglenetworkconnectiondiagramGOOSE报文最大延时：假定所有保护均发送一帧同等优先级的保护动作报文，而此时有一帧最长但优先级较低的GOOSE报文正在端口传输，则最大延时为48us+10us+20us×8÷10+20us×8+10us=244us110kVSV网：图1.7110kVSV网连接示意图Figure1.7110kVSVnetworkconnectiondiagram当所有的合并单元同时发送一帧SV报文时，SV报文至报文记录仪(千兆端口)的最大延时为(26us×8)÷10+10us=30us＜250us(4千赫兹采样率)当采用5个百兆端口接入时，最大延时为30us+26us×4=134us＜250us(4KHz采样率)方案二：GOOSE和SV共网分端口传输110kV过程层网络GOOSE和SV共网分端口传输方式下，利用端口的VLAN使得SV和GOOSE分离开来，形成SV和GOOSE两个VLAN，此种方式下，网络性能与方案一是一样的，但是提高了交换机的利用率。图1.8110kVGOOSE和SV共网的连接示意图Fig1.8110kVchicago-brewedGOOSESVnetworkconnectiondiagramGOOSE报文最大延时：244usSV报文最大延时：134us因GOOSE口与SV口分开配置，光接口增多，所以线路间隔交换机配置按照2个间隔1台交换机来配置。方案三：GOOSE和SV共网共端口系统建设如果采用GOOSE和SV共网端口传输，将无法使用基于端口的VLAN划分，应采用基于VID的TagVLAN划分方法，将GOOSE和SV在逻辑上隔离。110kV过程层网络：图1.9110kVGOOSE和SV共端口的过程层网络示意图Fig1.9110kVchicago-brewedGOOSESVporttheprocesslayernetworkdiagramGOOSE和SV共端口传输的网络在实施了TagVLAN划分后，基本运行模式同GOOSE和SV分别组网，但必须考虑以下因素：②交换机级联端口可能在传输另一VLAN的报文，增加了本VLAN中报文的延时③不同VLAN中的报文优先级不同根据保护信号的重要性，在共端口共同组网时，设置报文优先级为：跳闸GOOSE＞失灵启动GOOSE＞SV＞一般GOOSE信号。GOOSE报文最大延时：在方案一的基础上考虑装置正在发送一帧SV